Es wird also beim Atmega ein Analogeingang benutzt um Spannungen zu messen.
Die gemessenen Spannungen sollen zum einen im EEprom zu späteren Verwendung abgespeichert werden, und aber auch über Funk zum Rechner gesandt werden .
Außerdem sollen vom Rechner aus gewisse Einstellungen getätigt werden , wie die Messfrequenz ändern oder das EEprom abrufen usw.
Die Hauptarbeit soll ein Atmega 8 verrichten, der zuerst mit einer Programmierschnittstelle ausgerüstet wird.
Dies ist je nach Programmier Software und Rechner ( Tablett, Laptop, usw.), der Serielle Anschluss "COM"
Auf Seite des Atmega ist es der sogenannte SPI Anschluss.
mit Vorwiderstand an um ein Optisches Ergebnis zu erfahren.
Der Vorwiderstand berechnet sich folgendermaßen:
Laut Datenblatt benötigt die Rote Led eine Spannung von ca. 2,2 Volt, zur Verfügung stehen aber 5 Volt Betriebsspannung, also muss die Differenz von 2,8 Volt
am Vorwiderstand abfallen.
Außerdem verträgt die Led einen Strom von maximal 20 mA.
Also berechnen wir nach dem Ohmschen Gesetz
R= U/I ( Widerstand = Spannung / Strom)
2,8 Volt / 0,02 A = 140 Ohm
Es wird also der nächst höhere Wert der mir zu Verfügung steht eingesetzt , also 220 Ohm, somit kann die Led auf keinen Fall überlastet werden.
Das ist aber nur ein erster Test um zu sehen ob die Programmierschnittstelle und der Atmega inklusiver die Datenübertragung ihren Dienst tuen.
| Programmcode | Beschreibung |
| $regfile "m8def.dat" | Definiert den Atmega als Atmega 8 |
| $crystal = 1000000 | Gibt die Quarzfrequenz an in Herz |
| $hwstack = 32 | Default use 32 Hardware reservierte Speicher |
| $swstack = 10 | Default Software resvierter Speicher |
| $regfile"m8def.dat" | |
| Ddrb.0 = 1 | Portb.0 als Ausgang für Rote Betriebsled |
| Do | |
| Waitms 500 | |
| Portb.0 = 1 | Rote Betriebsled an |
| Waitms 500 | |
| Portb.0 = 0 | Rote Betriebsled aus |
| Loop |
|
und einer Empfangsleitung (RXD), diese Schnittstelle benötigt aber eine bestimmte Arbeitsfrequenz , die wiederum von Systemtakt des Atmega abgeleitet wird.
Dazu ist die aktuell benutzte Taktfrequenz des Atmega aber nicht sehr günstig so das die Frequenz durch einen externen Quarz von Standard 1 MHz auf 8 MHz erhöht wird ,
dadurch bleibt die Frequenz auch relativ Temperatur stabil.
Der Quarz benötigt zusätzlich noch zwei 22 Pico Kondensatoren an Pin 9 und 10 .
und speichere folgende im Bild dargestellten Daten im Atmega ab.
$crystal = 1000000
auf
$crystal = 8000000
Das kleine zuvor geschriebene Programm lässt die Rote Led mit ca. 1 Herz blinken.
Dann erst aktiviere ich den externen Quarz in dem ich die Fuse Bits einstelle.
Habe ich beispielsweise ein 8 MHz Quarz angeschlossen , sollte ab dann die Led mit 8 facher Geschwindigkeit blinken.
Damit ist sichergestellt das der Atmega auch den Quarz erkannt hat und diese auch schwingt.
Anschließend ändere ich die $Cristal Anweisung im Programm von $crystal = 1000000 ( Standardwert- muss nicht zwingend angegeben sein) auf $crystal = 8000000
Danach sollte die Led wieder im Sekundentakt leuchten.
Da der Atmega an allen seinen Pins nur eine Eingangsspannung von maximal 5 Volt verträgt , wird die zu messende Spannung durch einen Spannungsteiler bestehend aus Widerstand R4 und R5 heruntergeteilt.
So kann man in diesem Fall ohne Probleme bis ca. 22 Volt messen.
Die Analogeingänge ADC0 bis ADC3 am Atmega haben einen eigene Spannungsversorgung deshalb wird noch der Anschluss AVCC mit Plus 5 Volt verbunden, wobei die Analogeingänge ADC4 und ADC5 ihre
Betriebsspannung mit über den Betriebsspannungseingang Vcc des Atmega versorgt werden.
Beim Atmega 8 gibt es 6 Analoge Eingänge, davon haben zwei Eingänge eine 8 Bit Auflösung( ADC4 und ADC5) , die restlichen Eingänge haben wahlweise 8 oder 10 Bit Auflösung.
Wir benutzen den Eingang ADC0 an Pin 23 und wählen eine 10 Bit Auflösung.
Somit haben wir bei max. 5 Volt am Analogeingang eine Auflösung von 1024 Werte , sind dann gleich 4,8 mVolt Auflösung
das sind bei einer Teilung durch die Spannungsteiler Widerstände eine Auflösung von ca. 22 mV.
Der Analogwert wird in zwei 8 Bit Register ADCH und ADCL gespeichert, und über ein Pseudo Register ADCD angesprochen.
In der folgenden Tabelle erkennt man die Bedeutungen der einzelnen zum Register gehörenden Bit's.
| ADMUX | ||||||||
| REFS1 | REFS0 | ADLAR | -------- | MUX3 | MUX2 | MUX1 | MUX0 | |
| Bit 7 | Bit 6 | Bit 5 | Bit 4 | Bit 3 | Bit 2 | Bit 1 | Bit 0 | Bedeutung |
| 1 | 1 | |
|
|
|
|
interne Referenzspannung von 2,56 Volt wird verwendet | |
| 0 | 1 | |
|
|
|
|
|
Externe Referenzspannung an Anschluss AREF ( max. Betriebsspannung) |
| 1 | 0 | |
|
|
|
|
|
Ohne Funktion |
| |
|
1 | |
|
|
|
|
8 Bit Auflösung |
| |
|
0 | |
|
|
|
|
10 Bit Auflösung |
| |
|
|
|
0 | 0 | 0 | 0 | Auswahl des ADC 0 Eingang |
| |
|
|
|
0 | 0 | 0 | 1 | ADC 1 |
| |
|
|
|
0 | 0 | 1 | 0 | ADC 2 |
| |
|
|
|
0 | 0 | 1 | 1 | ADC 3 |
| |
|
|
|
0 | 1 | 0 | 0 | ADC 4 |
| |
|
|
|
0 | 1 | 0 | 1 | ADC 5 |
| |
|
|
|
0 | 1 | 1 | 0 | ADC 6 |
| |
|
|
|
0 | 1 | 1 | 1 | ADC 7 |
| ADCSRA | ||||||||
| ADEN | ADSC | ADFR | ADIF | ADIE | ADPS2 | ADPS1 | ADPS0 |
|
| Bit 7 | Bit 6 | Bit 5 | Bit 4 | Bit 3 | Bit 2 | Bit 1 | Bit 0 | Bedeutung |
| 1 | |
|
|
|
|
|
|
ADC Konverter einschalten Standard ist 0 |
| |
1 | |
|
|
|
|
|
Konvertierung starten |
| |
|
1 | |
|
|
|
|
Freilauf |
| |
|
|
1 | |
|
|
|
Interrupt Flag setzen |
| |
|
|
|
1 | |
|
|
Interrupt Freigabe |
| |
|
|
|
|
0 | 0 | 0 | Teilerfaktor 2 |
| |
|
|
|
|
0 | 0 | 1 | Teilerfaktor 2 |
| |
|
|
|
|
0 | 1 | 0 | Teilerfaktor 4 |
| |
|
|
|
|
0 | 1 | 1 | Teilerfaktor 8 |
| |
|
|
|
|
1 | 0 | 0 | Teilerfaktor 16 |
| |
|
|
|
|
1 | 0 | 1 | Teilerfraktor 32 |
| |
|
|
|
|
1 | 1 | 0 | Teilerfaktor 64 |
| |
|
|
|
|
1 | 1 | 1 | Teilerfaktor 128 |
| Programmcode | Beschreibung |
| Admux = &B11100000 | Konfiguration Analogeingang |
| Dim Volt As Single | Konfiguration Analogeingang |
| Adcsra = &B11100110 | Konfiguration Analogeingang |
| Ddrc = &B00000000 | Konfiguration Analogeingang |
| |
|
| |
|
| Volt = Adcd * 0.00082041 | |
| |
|
| Print Volt;"Volt" | Konfiguration Analogeingang |
die Uhr dann aber selbständig weiterläuft solange die Schaltung mit Spannung versorgt wird.
Also erzeugen wir erst einmal einen Sekundentakt mittels Timer
| Dim Takt As Long | Variable für Uhrzeit |
| Dim Sekunde As Byte | Variable für Uhrzeit |
| Dim Minute As Byte | Variable für Uhrzeit |
| Dim Stunde As Byte | Variable für Uhrzeit |
| On Timer1 Zeitbasis | Legt fest das in Routine "Zeitbasis" gesprungen werden soll, wenn Timer1 einen Überlauf meldet |
| Tccr1a = &B00000000 | Konfiguration des Timers |
| Tccr1b = &B00000100 | Konfiguration des Timers |
| Timsk = &B00000100 | Schaltet den Überlauf Interrupt ein |
| Sreg = &B10000000 | Interrupt Freigabe Global |
| Timer1 = 34285 | |
| do | |
| If Sekunde > 59 Then Incr Minute | |
| If Sekunde > 59 Then Sekunde = 0 | |
| If Minute > 59 Then Incr Stunde | |
| If Minute > 59 Then Minute = 0 | |
| If Stunde > 24 Then Stunde = 0 | |
| loop | |
| Zeitbasis: | Routine für Timer 1 |
| Timer1 = 34285 | |
| Incr Sekunde | |
| Toggle Portb.0 | Rote Led |
| Return | |
davon werden allerdings 2 Stück benötigt, ein Sender und ein Empfänger.
Dieses Modul hat 7 Anschlüsse, davon werden aber nur 4 Stück benötigt.
Plus 5 Volt- GND- RXD und TXD.
Funkfrequenz liegt bei 433 MHz.
Betriebsspannung 3,4 - 5,5 Volt.
davon werden allerdings 2 Stück benötigt, ein Sender und ein Empfänger.
Dieses Modul hat 7 Anschlüsse, davon werden aber nur 4 Stück benötigt.
Plus 5 Volt- GND- RXD und TXD.
um das Funkmodul mit dem PC zu verbinden.
Damit das Funkmodul auch vom PC erkannt wird, benötigt es einen Treiber zu bekommen bei Silicon Labs
USB to UART Bridge Treiber CP210x
hinzu kommt noch die Anweisung
$baud = 9600 und
Print "Hallo Welt" die Anweisung Baud bewirkt das die interne UART Schnittstelle aktiviert wird und PIN 2 und 3 nun zur Datenübertragung bereit ist.
Die Zahl 9600 gibt die Übertragungsgeschwindigkeit an.
Und die Anweisung " Hallo Welt" veranlasst den Controller über den TXD Leitung ( Pin3) den Text "Hallo Welt " zum Funkmodul zu senden !
die soll dann immer wenn Daten vom Atmega verschickt oder empfangen werden kurz aufleuchten.
| Programmcode | Beschreibung |
| $regfile "m8def.dat" | Definiert den Atmega als Atmega 8 |
| $crystal = 8000000 | Gibt die Quarzfrequenz an in Herz |
| $hwstack = 32 | Default use 32 Hardware reservierte Speicher |
| $swstack = 10 | Default Software resvierter |
| $regfile"m8def.dat" | |
| $baud = 9600 | |
| Ddrb.0 = 1 | Portb.0 als Ausgang für Rote Betriebsled |
| Do | |
| Waitms 500 | |
| Print "Hallo Welt" | |
| Portb.0 = 1 | Rote Betriebsled an |
| Waitms 500 | |
| Portb.0 = 0 | Rote Betriebsled aus |
| Loop | |
| Programmcode | Beschreibung |
| $regfile "m8def.dat" | Definiert den Atmega als Atmega 8 |
| $crystal = 8000000 | Gibt die Quarzfrequenz an in Herz |
| $hwstack = 32 | Default use 32 Hardware reservierte Speicher |
| $swstack = 10 | Default Software resvierter Spaeicher |
| $regfile "m8def.dat" | |
| $baud = 9600 | |
| Enable Interrupts | UART |
| On Urxc Datenempfang | UART |
| Enable Urxc | UART |
| Dim X As String * 6 | UART |
| Ddrb.0 = 1 | Ausgang für Rote Betriebsled |
| Ddrb.2 = 1 | Ausgang für Grüne Led |
| Ddrb.1 = 1 | Ausgang für Blaue Led |
| Dim Faktor As Integer | |
| Faktor = 1 | |
| Do | Programmschleife |
| If X = "1" Then Faktor = 1 | |
| If X = "2" Then Faktor = 5 | |
| If X = "3" Then Faktor = 10 | |
| Wait Faktor | |
| Gosub Senden | |
| Portb.0 = 1 | |
| Waitms 500 | |
| Portb.0 = 0 | |
| Loop | |
| Datenempfang: | Daten Empfangen |
| Portb.1 = 1 | |
| X = Chr(udr) | |
| Waitms 20 | |
| Portb.1 = 0 | |
| Return | |
| Senden: | Daten versenden |
| Portb.2 = 1 | |
| Waitms 100 | |
| Portb.2 = 0 | |
| Print "Hallo Welt" | |
| Wait 1 | |
| Return | |
Umgekehrt ist es aber nicht so, wenn ich vom PC aus einen Text , z. B die Zahl 1 übertrage kommt am Atmega das Dezimalzeichen 49 an und bei 2 die Dezimalzahl 50.
Damit auch am Atmega eine EINS ankommt muss das Zeichen mit folgender Anweisung ausgewertet werden X=chr (Variable).
Außerdem kann immer nur ein Zeichen empfangen werden, sollte man also Text mit dem Atmega ampfangen wollen, muss Buchstabe für Buchstabe empfangen werden
und diese dann zusammengesetzt werden.
Die Grüne Led sollte als Zeichen für eine Datenübetragung vom Atmega zum Funkmodul ca. jede Sekunde einmal kurz aufleuchten.
Außerdem sollte im Terminalprogramm jetzt der Text "Hallo Welt "ca. jede Sekunde einmal geschrieben werden.
Wird jetzt die Taste 2 im Terminal Programm mit anschließenden Return gedrückt , sollte sich die Pause zwischen den einzelnen Textübertragungen ungefähr auf 3 Sekunden verlängern, und bei
drücken der Taste 3 mit anschließenden Return sollte die Pause zwischen den Texten auf ungefähr 10 Sekunden ansteigen .
Mit Taste 1 und anschließenden Return kann wieder zurückgeschaltet werden auf ca. eine Sekunde Pause.
- Zum Betrieb der Schaltung wird eine Spannung von 5 Volt benötigt.
- Nach anlegen der Betriebsspannung werden aus dem EEprom evtl abgespeicherte Variable abgerufen.
- Dann wird über das Terminal die Uhrzeit und das Datum der letzten Änderung angezeigt.
- Es wird der gemessene Wert 0 bis 28 Volt über Funk ans Terminal ausgegeben - Grüne Led zeigt dieses an.
Mit einen passenden Terminalprogramm können so die Daten mitgelesen , und je nach Terminalprogramm sogar in einer Datei
abgespeichert werden.
Das Senden über Funk wird mit der grünen Led angezeigt.
Der Messintervall wird von der letzten Messung übernommen, und kann über ein Terminalprogramm mit folgenden Tasten geändert werden
| Taste | Funktion | Zeit in | Aufnahmezeit |
| 1 | Logintervall | 1 Sekunden | 54 Minuten |
| 2 | |
2 Sekunden | 1,8 Stunden |
| 3 | |
3 Sekunden | 2,7 Stunden |
| 4 | |
4 Sekunden | |
| 5 | |
5 Sekunden | |
| 6 | |
6 Sekunden | |
| 7 | |
7 Sekunden | |
| 8 | |
8 Sekunden | |
| 9 | |
9 Sekunden | |
| 0 | |
10 Sekunden | 9 Stunden |
| q | |
1 Minute | 2,2 Tage |
| w | |
2 Minute | |
| e | |
3 Minute | |
| r | |
4 Minute | |
| t | |
5 Minute | |
| z | |
6 Minute | |
| u | |
7 Minute | |
| i | |
8 Minute | 18 Tage |
Start wieder zu Verfügung.
So können je nach Intervall Messzeiten bis zu 18 Tage erreicht werden.
Die linke Taste auf der Platine dient zum Starten der Aufzeichnung mit welcher alle Messdaten
im EEprom dauerhaft abgespeichert werden, zu erkennnen ist das Abspeichern der Daten am
flackern der weißen Led, natürlich abhängig vom Messintervall.
Ein schnelles kontinuierliches aufblitzen der weißen Led signalisiert eine volles Eprom , der Speicher ist also voll .
Spannungsversorgung unterbrochen wird.
Der verwendete Atmega 8-16 PU hat laut Datenblatt außer seinen Programmspeicherplatz (Flash Speicher) auch noch einen 512 Byte EEprom Datenspeicher den man dafür nutzen könnte.
Um aber einen größeren Speicher zu Verfügung zu haben, wird ein zusätzlicher Speicherbaustein ( 24C128) und zwei für die Kommunikation benötigte Widerstände R9 und R10 eingelötet.
Im Schaltplan (unten) erkennt man das EEprom ganz rechts.
Da in der Informationstechnik Kilo aber nicht gleich 1000 ist sondern 1024 bedeutet 128 Kilobyte gleich 128 mal 1024 = 131072 Bit oder geteilt durch 8 = 16384 Byte.
Zum Speichern der Uhrzeit werden 3 Bytes benötigt jeweils ein Byte für Sekunden, 1 Byte für Minuten und ein Byte für die Stunden.
Außerdem werden zum speichern der Spannungswerte noch einmal zwei Byte benötigt.
Also insgesamt werden pro Datensatz 5 Byte benötigt.
Macht also 16384 durch 5= 3276 Datensätze.
Wenn wir beispielsweise jede Minute einen Datensatz speichern kommen wir auf eine Speicherzeit von über 2 Tage.
Die einzelnen Bausteine werden anhand ihrer internen vom Hersteller vorgegebener Adresse ( Slave Adresse ) und von der Anwender Adresse die individuell vorgegeben werden kann
indem einige Anschlüsse auf Minus gelegt werden identifiziert.
| EEprom 24C128 | ||
 |
||
| Pin 1 | Bausteinadresse A0 | Die Anschlüsse A1
und A0 stellen die Geräteadresse her. Ohne feste Verdrahtung sind die Pins Standardmäßig auf Null. |
| Pin 2 | Bausteinadresse A1 | |
| Pin 3 | NC | Nicht belegt |
| Pin4 | Masse GND | |
| Pin 5 | SDA ( Seriell Data) | |
| Pin 6 | SCL (Seriell Clock ) | |
| Pin 7 | WP ( Write Protect) | Nur wenn der
Schreibschutzeingang mit Ground verbunden ist kann das EEprom beschrieben werden. |
| Pin 8 | Vcc Betriebsspannung 5 Volt | |
| Speichern ins EEprom | ||
| I2cstart | Start Signal erzeugen | Speichervorgang einleiten |
| I2cwbyte &HA0 | Slave Adresse | 1010 0000 setzt sich zusammen aus Hersteller Kennung für EEprom 10100 und Anwender Adressierung durch auf Masse legen der Anschlüsse A0 und A1 und noch durch eingabe des Schreib (0)oder Lesbit(1) . ergibt als Hexadezimalzahl A0 oder Dezmal die 160 |
| I2cwbyte High_Adresse |
Das Obere Byte der Adresse senden | Der
I2C Baustein 24C128 hat ein Adressbereich von 16 Byte die
notwendig sind um ein Speicherbereich dieser Größe abzudecken. Um eine Speicherbereich anhand seiner Adresse an zusprechen muss diese 16 Bit Adresse in zwei Adressbereich geteilt werden einmal in die untere 8 Bit Adresse und einmal in die obere 8 Bit Adresse., |
| I2cwbyte Low_Adresse |
Das untere Byte der Adresse senden | |
| I2cwbyte Sekunde | Daten der Variable "Sekunde" senden | Daten aus der Variable "Sekunde"zum EEprom schicken |
| I2cstop | Stop Signal senden | Mit
disem Signal werden die anliegendenn Daten abgespeichert, weil dies
aber bei einem EEprom nicht so schnell geschieht wie bei einen
Programmspeicher , sollte durch eine kleine Pause sichergestellt werden
das die Speicherung auch abgeschlossen ist. |
| Waitms 30 | Kurze Pause um Zeit zum speichen zu haben | Die dafür benötigte Zeit sollte dem Datenblatt des jeweiligen EEprom entnommen werden, in der Regel ca.5 ms |
Adressen die benötigt werden.
Die Adresse muss also als Word Variable angesprochen werden (Word=16bit)= 0...65535.
Die Adresse besteht also aus 16 bit und wird ab Speicherplatz 160 abgelegt.
Somit belegt die Adresse den Speicherplatz 160 mit dem niederwertigen Byte und die Adresse 161 mit dem höherwertigen Byte..
| Zeilen Nr. |
Programmanweisung |
| 123 | Dim Adresse As Word At $160 |
| 124 | Dim Low_adresse As Byte At $160 Overlay |
| 125 | Dim High_adresse As Byte At $161 Overlay |
| Wenn
zuerst die Anzahl der gemessen Bits in Spannung umgerechnet werden,
ergeben sich Zahlen mit mehren Stellen hinter dem Komma, die so nicht
in 2 Byte untergebracht werden können. Also wird nicht die berechnete Spannung im EEprom abgelegt sondern nur die Bits, und die werden erst nach dem auslesen aus dem Eeprom wieder in einen Spannungswert umgerechnet. |
|
| Adresse |
Datenspeicher jeweils ein Byte (8Bit) |
||||||||||||||||
| Hex 160 |
Adresse High | 0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
| Hex 161 |
Adresse Low | 0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||||||||
| Auslesen aus EEprom | |
| I2cstart | Start Signal erzeugen |
| I2cwbyte &HA0 | 1010 0000 setzt sich zusammen aus Hersteller Kennung für EEprom 10100 und Anwender Adressierung durch auf Masse legen der Anschlüsse A0 und A1 und noch durch Eingabe des Schreib (0)oder Lesbit(1) . ergibt als Hexadezimalzahl A0 oder Dezimal die 160 |
| I2cwbyte Low_Adresse |
Niederwertige Adressbereich |
| I2cwbyte High_Adresse |
Höherwertige Adressbereich |
| I2cstart | Das Auslesen einleiten |
| I2cwbyte &HA1 | 1010 0000 setzt sich zusammen aus Hersteller Kennung für EEprom 10100 und Anwender Adressierung durch auf Masse legen der Anschlüsse A0 und A1 und noch durch Eingabe des Schreib (0)oder Lesbit(1) Der Hexadezimaler Wert A1 beinhaltet das Lesebit |
| I2crbyte Sekunde , Nack | |
| I2cstop | |
Stromaufnahme mittlerer Wert 22,2 mA
Speicherbare Datensätze= 3276
um dann als High und als Low Wert im EEprom gespeichert zu werden.
Das geschieht indem die Variable ab einer bestimmten Adresse im Programmspeicher abgelegt wird und dann ein
Zeiger auf diese Adressen zeigt um die Variable wieder aus zu lesen.
| gemessenen |
ACDC |
high byte |
low byte |
| 1 Volt |
36 |
149 |
234 |
| 7 Volt |
255 |
255 |
218 |
| 8 Volt |
292 |
149 |
234 |
Fuer jeden gewandelten Wert bekommt man ein High- und ein Lowbyte zurueck, da man ja einen 12bit –Wandler besitzt und 12bit nun mal nicht in ein 8bit-langes Byte hineinpassen.
